Projekt i analiza zastosowania dalmierza ultradźwiękowego
W tym artykule wykorzystano zależność między odległością a czasem w transmisji ultradźwiękowej i zastosowano jednoukładowy mikrokomputer AT89C51 do sterowania i przetwarzania danych oraz zaprojektowano dalmierz ultradźwiękowy, który może mierzyć odległość między dwoma punktami. Dalmierz składa się głównie z obwodu nadajnika ultradźwiękowego, obwodu odbiornika ultradźwiękowego, jednoukładowego obwodu sterującego mikrokomputera, obwodu wykrywania temperatury otoczenia i obwodu wyświetlacza. Za pomocą zaprojektowanego dalmierza ultradźwiękowego testowane są różne odległości i przeprowadzana jest szczegółowa analiza błędów.
Ultradźwiękowy czujnik temperatury mikrokontrolera do pomiaru odległości
Wraz z rozwojem społeczeństwa ludzie mają coraz większe wymagania co do pomiaru odległości czy długości. Dalmierzom ultradźwiękowym poświęca się coraz więcej uwagi ze względu na bezkontaktowy pomiar i stosunkowo dużą precyzję. Dalmierz ultradźwiękowy zaprojektowany w tym artykule może testować różne odległości i przeprowadzać szczegółową analizę błędów.
1. Zasada projektowania
Dalmierz ultradźwiękowy opiera się na charakterystyce fal ultradźwiękowych odbijanych podczas napotykania przeszkód. Nadajnik ultradźwiękowy emituje fale ultradźwiękowe w określonym kierunku i rozpoczyna synchronizację w tym samym czasie co emisja. Fale ultradźwiękowe rozchodzą się w powietrzu i powracają natychmiast po napotkaniu przeszkody na drodze, a odbiornik ultradźwiękowy natychmiast przerywa i zatrzymuje odmierzanie czasu po odebraniu fali odbitej. Poprzez ciągłe wykrywanie echa odbitego od przeszkód po wyemitowaniu wygenerowanych fal, mierzona jest różnica czasu T między emitowanymi falami ultradźwiękowymi a odbieranymi echami, a następnie obliczana jest odległość L. Podstawowy wzór na zakres to: L=(△t/2)*C
Gdzie L - odległość do zmierzenia
T - odstęp czasu między falą transmitowaną a falą odbitą
C——Prędkość dźwięku fal ultradźwiękowych w powietrzu, którą przyjmuje się jako 340m/s w temperaturze pokojowej
Po określeniu prędkości dźwięku, L można uzyskać, mierząc czas obiegu fal ultradźwiękowych w obie strony.
2. Cel projektowy dalmierza ultradźwiękowego
Odległość pomiaru: w promieniu 5 metrów; odległość między dwoma punktami może być poprawnie wyświetlana za pomocą diody LED; błąd jest mniejszy niż 5 procent.
3. Pomiar i analiza danych
1. Pomiar i analiza danych
Ze względu na ograniczenia rzeczywistej pracy pomiarowej do pomiaru wybrano sześć odległości 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm i 100 cm poniżej jednego metra, a każdą odległość mierzono siedem razy w sposób ciągły w celu uzyskania danych pomiarowych (temperatura: 29 st. stopień ), jak pokazano w tabeli. Z danych w tabeli wynika, że zmierzona wartość jest na ogół o kilka centymetrów większa niż wartość rzeczywista, ale dokładność pomiaru ciągłego jest stosunkowo wysoka.
Z każdego zestawu danych pomiarowych usuwa się wartość maksymalną i minimalną, a następnie oblicza się wartość średnią, która służy jako końcowe dane pomiarowe, a na końcu przeprowadza się analizę porównawczą. To przetwarzanie danych ma również pewien stopień nauki i racjonalności. Z danych w tabeli wynika, że chociaż kompensacja temperatury została przeprowadzona na fali ultradźwiękowej, błąd względny jest stosunkowo duży przy pomiarze stosunkowo niewielkiej odległości. Szczególnie dla pomiaru odległości 30 cm i 50 cm błędy względne osiągnęły odpowiednio 5 procent i 4,8 procent. Ale ze wszystkich wyników pomiarów błąd tego projektu jest stosunkowo mały i stosunkowo stabilny. Obszar ślepy tego projektu wynosi około 22,6 cm, co w zasadzie spełnia wymagania projektowe.
2. Analiza błędów
Błąd określania odległości wynika głównie z następujących aspektów:
(1) Istnieje pewien kąt między ultradźwiękową sondą nadawczą i odbiorczą a mierzonym punktem, który bezpośrednio wpływa na maksymalną wartość odległości pomiaru; (2) Intensywność dźwięku echa ultradźwiękowego jest bezpośrednio związana z mierzoną odległością, więc rzeczywisty pomiar niekoniecznie jest wyzwalaczem echa przejścia przez zero; (3) Ze względu na prymitywne narzędzia rzeczywista odległość pomiaru ma również błędy. Istnieje wiele czynników, które wpływają na błąd pomiaru, w tym zakłócenia środowiska polowego, częstotliwość impulsów podstawy czasu i tak dalej.
4. Analiza aplikacji
Wykorzystanie ultradźwięków do pomiaru odległości gruntu w atmosferze jest technologią, która została formalnie zastosowana dopiero po opracowaniu nowoczesnej technologii elektronicznej. Ponieważ pomiar ultradźwiękowy jest technologią wykrywania bezkontaktowego, nie ma na niego wpływu światło, kolor mierzonego obiektu itp. i może być używany w trudnych warunkach. (takie jak zawierające kurz) ma pewną zdolność adaptacji. Jest zatem niezwykle wszechstronny. Na przykład: geodezja i mapowanie map topograficznych, budowanie domów, mostów, dróg, kopanie kopalń, szybów naftowych itp. Używanie fal ultradźwiękowych do pomiaru odległości naziemnej odbywa się za pomocą technologii fotoelektrycznej. Zalety dalmierzy ultradźwiękowych to: koszt instrumentu jest niższy niż w przypadku dalmierzy fal świetlnych Niski, pracochłonny, łatwy w obsłudze.
Dalmierze ultradźwiękowe są również wykorzystywane w zaawansowanej technologii robotów. Na robocie zainstalowane jest źródło ultradźwięków, które w sposób ciągły emituje fale ultradźwiękowe do otoczenia i jednocześnie odbiera echa odbite od przeszkód w celu określenia własnej pozycji robota i wykorzystuje je jako czujnik do sterowania robotem. komputer i tak dalej. Ponieważ fale ultradźwiękowe charakteryzują się łatwą kierunkową emisją, dobrą kierunkowością i łatwą kontrolą intensywności, ich wartość aplikacyjna jest powszechnie ceniona.
Jednym słowem, z powyższej analizy wynika, że zastosowanie ultradźwiękowego pomiaru odległości ma wiele zalet w wielu aspektach. Dlatego badania tego tematu są bardzo praktyczne i cenne komercyjnie.
